Membraandestillatie voor en uit H2

Schoon water is essentieel voor de productie van waterstof (H2) terwijl in deze productie ook veel restwarmte vrijkomt. Hier liggen grote kansen voor circulariteit. Het project 'Membraandestillatie voor en uit H2' onderzoekt de hoeveelheid en kwaliteit van water dat membraandestillatie (MD) kan produceren. Dit gebeurt met restwarmte van elektrolyse voor waterstofproductie en brandstofcellen voor elektriciteitsproductie uit waterstof, met verschillende waterbronnen.
Het huidige energetisch conversierendement van elektrolyse en brandstofcellen is ongeveer 70%, terwijl de restenergie als warmte vrijkomt bij 60-70°C. MD kan juist op dit temperatuurniveau efficiënt grote hoeveelheden proceswater produceren, tot tien keer meer dan nodig voor de elektrolyse. Bij de verwachte 10 GW elektrolysecapaciteit die in Nederland nodig zal zijn, kan MD jaarlijks ten minste 100 miljoen m³ proceswater opleveren. Dit vertegenwoordigt meer dan 30% van het huidige industriële drinkwaterverbruik.
In dit project wordt met een laboratorium-MD-cel aangetoond dat MD efficiënt proceswater kan produceren uit alternatieve waterbronnen zoals regenwater, secundair effluent van rioolwaterzuiveringsinstallaties en circulair water uit brandstofcellen. Het verwijderingsrendement van MD voor zouten en organische verontreinigingen wordt bepaald via chemische analyses. De kwaliteit van het geproduceerde water wordt vergeleken met de gewenste proceswaterkwaliteit en de vereiste waterkwaliteit voor elektrolyse. Waar nodig wordt verdere opwerking getest om aan deze eisen te voldoen. Vervolgens wordt berekend hoeveel proceswater per waterbron kan worden geproduceerd en met welk energetisch rendement, inclusief een kostenschatting.

Eindrapportage

In energiecentrales en de industrie worden veel processen bedreven waarbij laagwaardige energie vrijkomt als warmte. Ook bij de nieuwere technieken zoals opwekking van energie via waterstof, een duurzame brandstof zonder uitstoot van broeikasgas, wordt warmte gegenereerd. Bij de Universiteit Twente wordt gekeken naar benutting van deze laagwaardige restwarmte voor het maken van ultra-schoon water doormiddel van membraan-destillatie. Door deze slimme warmtebenutting wordt dan tegelijkertijd schoonwater geproduceerd dat weer in de industrie of voor de productie van waterstof gebruikt kan worden.

Drie verschillende bronnen van water werden onderzocht. Als eerste werd gekeken naar water dat even zout is als zeewater. De gebruikte installatie kon al bij temperaturen van 40-70°C nog steeds ultra-schoon water maken dat een 100.000 keer lagere zout concentratie bevatte. Hierbij was de waterproductie van de installatie vrijwel onafhankelijk van het zoutgehalte en kon het zoute voedingswater sterk geconcentreerd worden terwijl het zout uitkristalliseerde. Dit opent mogelijkheden voor zogenoemde zero-liquid discharge processen, waarbij al het water hergebruikt kan worden en alleen een vaste stof overblijft.

Daarnaast werd gekeken naar het opwaarderen van water dat uit een rioolwaterzuivering komt. Dit “effluent” werd zonder voorbehandeling gedestilleerd en produceerde na enkele dagen dezelfde kwaliteit als de andere bronnen. Bij deze toepassing werd wel duidelijk dat een deel van de organische stoffen uit het water in het begin mee gedestilleerd worden. Voorfiltratie van de stroom zou dit grotendeels kunnen voorkomen en zorgt dan voor een verbetering van het proces.

Als laatste werd gekeken naar behandeld regenwater, dat uit een Hemel(s)water installatie kwam. Regenwater is overal beschikbaar en een continue en goedkope bron voor dit proces waarbij transportkosten vermeden worden. Ook uit dit water werd ultra-schoon water gemaakt met behulp van de membranen en de restwarmte. Ook deze kwaliteit, < 10µS/cm, was voldoende om direct voor waterstof productie gebruikt te kunnen worden.